近年來，隨著我國社會經濟和城市化的發展，城市污泥產量不斷攀升。城市污泥主要來自于污水處理后的副產品，是一種固體廢棄物，由有機殘片、細菌菌體、無機顆粒、膠體等組成。

污泥處理方法有填埋、農用、焚燒、干燥、熱處理、堆肥以及海洋傾倒等。污泥干燥可以使污泥體積顯著減小、穩定性增強，污泥焚燒可使有機物全部碳化并殺死全部病原體，是徹底的處理方法。由于污泥具有較高的親水性，未經處理的污泥含水率高達95%以上。污泥中的有機物具有較高熱值，如果直接焚燒含水率高的污泥，不僅無法利用其熱值，還需添加一定的燃料。因此，污泥的干燥是污泥進行焚燒的前提。相關學者針對污泥的干燥和燃燒進行一系列的研究，城市污泥燃燒前進行干燥預處理逐漸成為業內人士關注的焦點。本文在分析污泥含水特性的基礎上，研究不同的進料濕含量、產品濕含量和不同品質的熱源分別對蒸發水量、蒸汽耗量和設備有效干燥面積的影響。

1 城市污泥的水分

膠質是污泥中主要的固體物質，具有較強的親水性，通常污泥含水量高達95%以上。污泥經過簡單機械濃縮之后含水量仍會高達85%以上。

污泥中的水主要以3種形態存在：

（1）間隙水為處于污泥團塊之間的水，作用力弱，易于分離，約占污泥總含水量的70%，可以通過簡單的機械或熱處理方法脫除。

（2）外部水分為粘附水、吸附水、空隙虹吸水、虹吸水、毛細虹吸水。

（3）內部水為細胞液（水合作用含水、內部虹吸水）。外部水分和內部水分約占污泥水分的30%，用簡單的機械方法或低溫處理方法很難脫除。

近年來，隨著城鎮污水處理規模的擴大和處理深度的提高，城市污泥產量不斷增加，城市污泥的穩定化、減量化、無害化處理成為公眾關注的焦點之一。目前，圓盤干燥機干化工藝與焚燒發電工藝相結合成為城市污泥處理主流工藝之一。焚燒發電可以為圓盤干燥機干化系統提供必需的熱源和電力，干化系統的熱源來自于發電后的低品質蒸汽，很容易干燥出城市污泥中的間隙水，從而實現能量的梯級利用。圓盤干燥機干化后的污泥又可以充當部分能源用于發電。

2 基于圓盤干燥機的城市污泥清潔化處理工藝

污泥的清潔化處理工藝是一種新型的無污染的處理方法，整個系統綜合了固體廢棄物（城市垃圾、干化污泥）摻雜部分煤粉的燃燒、污泥干燥及生化廢水處理等單元的優點，實現污泥的清潔、高效、循環利用。

城市污水處理廠產生的污泥含有較高的水分，直接燃燒會導致燃燒不穩定，且產生的大量蒸汽也會腐蝕設備和損失部分熱量。因此，污泥燃燒前，進行干燥預處理非常重要。

本工藝中采用以熱導型圓盤干燥機為關鍵設備的污泥干化系統，利用固體廢棄物摻雜部分煤粉燃燒產生的過熱蒸汽對市政污泥進行間接加熱，使污泥中的間隙水分蒸發，從而達到干燥的目的。干燥后的污泥與城市垃圾和部分粉煤一起用來發電，產生的煙氣通過水吸收和生化處理后合理利用。城市污泥的清潔化處理工藝系統主要由圓盤干燥機、換熱器、洗滌塔、涼水塔、生化廢水處理系統和發電系統等組成。

3 結果與討論

3.1 城市污泥干燥后含水率的選取

眾所周知，城市污泥的含水率越高，焚燒時候添加其它輔助燃料越多，能耗越高。在我國城市污泥的干基發熱量通常在10460～16736kj/kg。在現行的城市污泥干化過程中，污泥含水率一般由80%降到40%。針對于干基發熱量12552kj/kg的污泥，城市污泥干化原料含水率為80%，其能量損失達90%以上：干化后的污泥含水率為40%，其能量損失僅有15%。

以處理每噸原污泥為計算標準，處理每噸污泥蒸發出800kg水分，同時得到200kg絕干污泥，假定絕干基城市污泥的發熱量為12552kj/kg。

將800kg水由室溫25℃加熱成100℃的水蒸氣耗費的熱能為：

[334.72kj/kg(顯熱)+2259.36kj/kg(潛熱)]×800kg=2075264kj

將200kg絕干污泥焚燒產熱為：

12552kj/kg×200kg=2510400kj

考慮到15%的能量損失，城市污泥循環利用過程需要補充熱量為：

2075264kj-2510400kj×85%=58576kj

由此可見，城市污泥干化過程中無需額外添加補充燃料，從而利用自身蘊含的熱值干化污泥，實現了變廢為寶。城市污泥含水率由80%干燥降低到40%，去除的水分大都是間隙水，利用低品質蒸汽很容易實現此過程，實現了能源的高效梯級利用。

3.2 污泥進料濕含量對水分蒸發量、蒸汽耗量和有效干燥面積的影響

城市污泥計算的基礎條件為：城市污泥處理量為100000kg/d，干化后的污泥含水率為40%，濕污泥進料溫度為20℃，干污泥出料溫度為90℃，載氣進口為20℃，載氣出口溫度為100℃，圓盤干燥機內部為微負壓，熱源為0.5Mpad的飽和蒸汽，熱損失為5%，實驗測定的污泥傳熱系數為80～120W/(㎡·℃)（計算取值為80W/(㎡·℃)）。

本文通過計算，考察了不同的污泥進料濕含量（60%～85%）對水分蒸發量、蒸汽耗量和圓盤干燥機有效干燥面積的影響。

通過模擬實驗得知，隨著污泥進料濕含量的增加，水分蒸發量和蒸汽耗量逐漸增大，且有一定的線性關系。這是由于該干燥過程去除的水分主要是間隙水，干燥速率曲線屬于典型的恒速干燥階段。同時，隨著污泥進料濕含量的增加，蒸汽耗量與水分蒸發量的比值有增大的趨勢。這可能是由于污泥進料濕含量增加與水分蒸發量增加量不成正比和熱損失的放大效應。此外，可以看出圓盤干燥機的有效干燥面積隨污泥進料濕含量增加而變大。針對于城市污泥含水率一般由80%干燥降到40%，圓盤干燥機的有效干燥面積大約需要258.5㎡，市場上常用的330㎡圓盤干燥機很好的應用于該干燥過程。

3.3 干燥后產品濕含量對水分蒸發量、蒸汽耗量和有效干燥面積的影響

同時考察了干燥后產品濕含量對水分蒸發量、蒸汽耗量和有效干燥面積的影響。城市污泥計算的基礎條件同3.2。

本文通過計算，考察了干化產品濕含量（30%～50%）對水分蒸發量、蒸汽耗量和圓盤干燥機有效干燥面積的影響。

通過模擬實驗得知，隨著產品濕含量的增加，水分蒸發量和蒸汽耗量逐漸降低，且有一定的線性關系。由此可見，產品濕含量越大， 干燥過程越容易。另外，我們同樣可以看出圓盤干燥機的有效干燥面積隨污泥產品濕含量增加而變低。可以看出進料濕含量對水分蒸發量、蒸汽耗量和有效干燥面積影響明顯要高于產品濕含量。

3.4 熱源品質對水分蒸發量和有效干燥面積的影響

以飽和蒸汽為熱源間接干化污泥，飽和蒸汽既是城市污泥水分蒸發的熱源，又是載體溫度變化的熱源。城市污泥計算的基礎條件：污泥進料濕含量由80%干燥降低到40%，其余條件與3.2相同。可以看出，隨著產品濕含量的降低，干燥機的有效熱傳遞面積逐漸增加。

4 結論

在對污泥水分分析的基礎上，提出一種城市污泥清潔化處理方法，將污泥干燥與污泥燃燒發電結合在一起，利用發電過程中產生的低品質蒸汽回到污泥干燥系統，同時干化后的污泥具有一定的熱值，可用于燃燒發電，實現了能量的循環梯級利用。在恒速干燥段，隨著城市污泥進料濕含量增加，水分蒸發量和蒸汽耗量線性增長，且有效干燥面積也逐漸增大。通過計算表明，產品濕含量增加，水分蒸發量和蒸汽耗量逐漸減少，有效干燥面積也逐漸變小，且影響相對較小。飽和蒸汽壓力對干燥速度和蒸汽耗量的影響成反比，合適的蒸汽壓力可以獲得更大的經濟效益。